Plodovi naučnog i tehnološkog napretka ne nalaze uvijek svoj konkretan praktični izraz odmah nakon izrade teorijske osnove. To se dogodilo sa laserskom tehnologijom, čije mogućnosti do sada nisu u potpunosti razotkrivene. Optimizacijom laserske tehnologije djelimično je savladana teorija optičkih kvantnih generatora, na osnovu koje je kreiran koncept uređaja koji emituju elektromagnetno zračenje. Međutim, stručnjaci napominju da potencijal optičkog zračenja može postati osnova za brojna otkrića u budućnosti.
Princip rada uređaja
U ovom slučaju, kvantni generator se shvata kao laserski uređaj koji radi u optičkom opsegu u uslovima stimulisanog monohromatskog, elektromagnetnog ili koherentnog zračenja. Samo porijeklo riječi laser u prijevodu ukazuje na efekat pojačanja svjetlosti.stimulisanom emisijom. Do danas postoji nekoliko koncepata za implementaciju laserskog uređaja, što je zbog dvosmislenosti principa rada optičkog kvantnog generatora u različitim uslovima.
Ključna razlika je princip interakcije laserskog zračenja sa ciljnom supstancom. U procesu zračenja, energija se isporučuje u određenim dijelovima (kvantima), što vam omogućava da kontrolirate prirodu djelovanja emitera na radnu okolinu ili materijal ciljanog objekta. Među osnovnim parametrima koji vam omogućavaju podešavanje nivoa elektrohemijskih i optičkih efekata lasera izdvajaju se fokusiranje, stepen koncentracije fluksa, talasna dužina, usmerenost itd. U nekim tehnološkim procesima, vremenski režim zračenja takođe igra važnu ulogu. uloga - na primjer, impulsi mogu imati trajanje od djelića sekunde do desetina femtosekundi sa intervalima u rasponu od trenutka do nekoliko godina.
Sinergična laserska struktura
U zoru koncepta optičkog lasera, sistem kvantnog zračenja u fizičkom smislu se obično shvatao kao oblik samoorganizacije nekoliko energetskih komponenti. Tako je formiran koncept sinergetike, koji je omogućio da se formuliraju glavna svojstva i faze evolucijskog razvoja lasera. Bez obzira na vrstu i princip rada lasera, ključni faktor u njegovom djelovanju je izlazak izvan ravnoteže svjetlosnih atoma, kada sistem postaje nestabilan i istovremeno otvoren.
Odstupanja u prostornoj simetriji zračenja stvaraju uslove za pojavu pulsnogprotok. Nakon postizanja određene vrijednosti pumpanja (devijacije), optički kvantni generator koherentnog zračenja postaje upravljiv i transformiše se u uređenu disipativnu strukturu sa elementima samoorganizirajućeg sistema. Pod određenim uslovima, uređaj može raditi u režimu pulsnog zračenja ciklično, a njegove promjene će dovesti do haotičnih pulsiranja.
Laserske radne komponente
Sada vrijedi preći sa principa rada na specifične fizičko-tehničke uslove u kojima radi laserski sistem određenih karakteristika. Najvažniji, sa stanovišta performansi optičkih kvantnih generatora, je aktivni medij. Od toga, posebno, zavisi intenzitet pojačanja toka, svojstva povratne sprege i optički signal u celini. Na primjer, zračenje se može pojaviti u mješavini plinova na kojoj većina laserskih uređaja danas radi.
Sljedeća komponenta je predstavljena izvorom energije. Uz njegovu pomoć stvaraju se uvjeti za održavanje inverzije populacije atoma aktivnog medija. Ako povučemo analogiju sa sinergističkom strukturom, onda je izvor energije taj koji će djelovati kao svojevrsni faktor odstupanja svjetlosti od normalnog stanja. Što je podrška snažnija, to je veće pumpanje sistema i efikasniji je efekat lasera. Treća komponenta radne infrastrukture je rezonator, koji obezbeđuje višestruko zračenje dok prolazi kroz radno okruženje. Ista komponenta doprinosi izlazu optičkog zračenja u korisnomspektar.
He-Ne laserski uređaj
Najčešći faktor oblika modernog lasera, čija je strukturna osnova cijev za plinsko pražnjenje, optička rezonatorska ogledala i napajanje električnom energijom. Kao radni medij (punilo cijevi) koristi se mješavina helijuma i neona, kao što naziv govori. Sama cijev je napravljena od kvarcnog stakla. Debljina standardnih cilindričnih konstrukcija varira od 4 do 15 mm, a dužina varira od 5 cm do 3 m. Na krajevima cijevi su zatvorene ravnim staklima sa blagim nagibom, što osigurava dovoljan nivo laserske polarizacije.
Optički kvantni generator baziran na helijum-neonskoj mješavini ima malu spektralnu širinu emisionih opsega reda veličine 1,5 GHz. Ova karakteristika pruža niz operativnih prednosti, uzrokujući uspjeh uređaja u interferometriji, čitačima vizualnih informacija, spektroskopiji, itd.
Poluprovodnički laserski uređaj
Mesto radnog medijuma u takvim uređajima zauzima poluprovodnik, koji se zasniva na kristalnim elementima u vidu nečistoća sa atomima tro- ili petovalentne hemikalije (silicijum, indijum). Po provodljivosti, ovaj laser stoji između dielektrika i punopravnih vodiča. Razlika u radnim kvalitetama prolazi kroz parametre temperaturnih vrijednosti, koncentraciju nečistoća i prirodu fizičkog utjecaja na ciljni materijal. U ovom slučaju, izvor energije za pumpanje može biti električna energija,magnetno zračenje ili elektronski snop.
Uređaj optičkog poluprovodničkog kvantnog generatora često koristi moćnu LED diodu napravljenu od čvrstog materijala, koja može akumulirati velike količine energije. Druga stvar je da rad u uslovima povećanih električnih i mehaničkih opterećenja brzo dovodi do habanja radnih elemenata.
Laserski uređaj za bojenje
Ova vrsta optičkih generatora je postavila temelje za formiranje novog pravca u laserskoj tehnologiji, koji rade sa trajanjem impulsa do pikosekundi. Ovo je postalo moguće zahvaljujući upotrebi organskih boja kao aktivnog medija, ali drugi laser, obično argon, trebao bi obavljati funkciju pumpanja.
Što se tiče dizajna optičkih kvantnih generatora na bojama, specijalna baza u obliku kivete se koristi za obezbeđivanje ultrakratkih impulsa, gde se formiraju uslovi vakuuma. Modeli sa prstenastim rezonatorom u takvom okruženju omogućavaju pumpanje tečne boje brzinom do 10 m/s.
Karakteristike optičkih emitera
Tip laserskog uređaja u kojem funkcije rezonatora obavlja optičko vlakno. Sa stanovišta radnih svojstava, ovaj generator je najproduktivniji u pogledu zapremine optičkog zračenja. I to uprkos činjenici da je dizajn uređaja vrlo skromne veličine u odnosu na druge vrste lasera.
KKarakteristike optičkih kvantnih generatora ove vrste uključuju i raznovrsnost u pogledu mogućnosti povezivanja izvora pumpe. Obično se za to koriste čitave grupe optičkih talasovoda, koji se kombinuju u module sa aktivnom supstancom, što takođe doprinosi strukturnoj i funkcionalnoj optimizaciji uređaja.
Implementacija sistema upravljanja
Većina uređaja je zasnovana na električnoj osnovi, zbog čega se pumpanje energije obezbeđuje direktno ili indirektno. U najjednostavnijim sistemima, preko ovog sistema napajanja, prate se indikatori snage koji utiču na intenzitet zračenja unutar određenog optičkog opsega.
Profesionalni kvantni generatori takođe sadrže razvijenu optičku infrastrukturu za kontrolu protoka. Preko ovakvih modula, posebno se kontroliše smjer mlaznice, snaga i dužina impulsa, frekvencija, temperatura i druge operativne karakteristike.
Oblasti primene lasera
Iako su optički generatori i dalje uređaji sa još neu potpunosti otkrivenim mogućnostima, danas je teško imenovati oblast u kojoj se ne bi koristili. Oni su industriji dali najvredniji praktični efekat kao visoko efikasan alat za rezanje čvrstih materijala uz minimalne troškove.
Optički kvantni generatori se takođe široko koriste u medicinskim metodama u vezi sa mikrohirurgijom oka i kozmetologijom. Na primjer, univerzalni lasertakozvani beskrvni skalpeli postali su instrument u medicini, koji omogućava ne samo seciranje, već i povezivanje bioloških tkiva.
Zaključak
Danas postoji nekoliko obećavajućih pravaca u razvoju generatora optičkog zračenja. Među najpopularnijim su tehnologija sinteze sloj-po-sloj, 3D modeliranje, koncept kombinovanja sa robotikom (laserski tragači) itd. U svakom slučaju, pretpostavlja se da će optički kvantni generatori imati svoju posebnu primenu – od površinske obrade. materijala i ultra-brzo stvaranje kompozitnih proizvoda za gašenje požara zračenjem.
Očigledno je da će složeniji zadaci zahtijevati povećanje snage laserske tehnologije, zbog čega će se povećati i prag njene opasnosti. Ako je danas glavni razlog za osiguranje sigurnosti pri radu sa takvom opremom njeno štetno djelovanje na oči, onda se u budućnosti može govoriti o posebnoj zaštiti materijala i predmeta u blizini kojih je organizirana upotreba opreme.
